[go: up one dir, main page]

KR20170073977A - 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름 - Google Patents

지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름 Download PDF

Info

Publication number
KR20170073977A
KR20170073977A KR1020150182872A KR20150182872A KR20170073977A KR 20170073977 A KR20170073977 A KR 20170073977A KR 1020150182872 A KR1020150182872 A KR 1020150182872A KR 20150182872 A KR20150182872 A KR 20150182872A KR 20170073977 A KR20170073977 A KR 20170073977A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dianhydride
diamine
group
mol
polyamic acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020150182872A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102417428B1 (ko
Inventor
김선영
김동연
오현석
안경일
Original Assignee
주식회사 두산
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 두산 filed Critical 주식회사 두산
Priority to KR1020150182872A priority Critical patent/KR102417428B1/ko
Priority to PCT/KR2016/012483 priority patent/WO2017111289A1/ko
Priority to CN201680074965.2A priority patent/CN108431086B/zh
Priority to JP2018551729A priority patent/JP6688906B2/ja
Publication of KR20170073977A publication Critical patent/KR20170073977A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102417428B1 publication Critical patent/KR102417428B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1042—Copolyimides derived from at least two different tetracarboxylic compounds or two different diamino compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1039—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors comprising halogen-containing substituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 디아민; (b) 불소화 제1디안하이드라이드와 지환족 제2디안하이드라이드를 함유하는 디안하이드라이드; 및 (c) 유기용매를 포함하며, 상기 지환족 제2디안하이드라이드는 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 10 내지 80 몰% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물 및 상기 폴리아믹산 조성물로부터 제조된 투명 폴리이미드 수지 필름을 제공한다.
본 발명의 폴리아믹산 조성물은 높은 유리전이온도 및 낮은 황색도를 가지므로, 플렉서블 디스플레이 소재로 적용될 수 있다.

Description

지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름{POLYAMIC ACID COMPOSITION COMPRISING ALICYCLIC MONOMER AND TRASPARENT POLYIMIDE FILM USING THE SAME}
본 발명은 플렉서블 디스플레이 기판 또는 보호막으로 적용이 가능한 투명 폴리이미드 수지 및 이러한 투명 폴리이미드 수지를 제조하기 위한 폴리아믹산 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 폴리이미드(polyimide, PI) 수지는 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민 또는 방향족 디이소시아네이트를 용액중합하여 폴리아믹산 유도체를 제조한 후, 고온에서 폐환탈수시켜 이미드화하여 제조되는 고내열 수지를 일컫는다.
상기 폴리이미드 수지를 제조하기 위한 방향족 디안하이드라이드 성분으로는 피로멜리트산이무수물(PMDA) 또는 비페닐테트라카르복실산이무수물(BPDA) 등을 사용하고 있고, 상기 방향족 디아민 성분으로는 옥시디아닐린(ODA), p-페닐렌 디아민(p-PDA), m-메틸렌 디아민(m-MDA), 메틸렌 디아민(MDA), 비스아미노페닐헥사플로오로프로판(HFDA) 등을 주로 사용하고 있다. 이러한 폴리이미드 수지는 불용 및 불융의 초고내열성 수지로서 내열산화성, 내열특성, 내방사선성, 저온특성, 내약품성 등에 우수한 특성을 가지고 있기 때문에, 자동차 재료, 항공 및 우주선 소재 등의 내열 첨단소재 및 절연코팅제, 절연막, 반도체, LCD의 전극보호막 등 전자재료에 광범위한 분야에 사용되고 있다.
그러나 폴리이미드(PI) 수지는 높은 방향족 고리의 밀도로 인하여 갈색 또는 황색으로 착색되어 가시광선 영역에서 낮은 투과도를 가지므로, 투명성이 요구되는 분야에 사용하기에는 곤란한 점이 있었다. 최근 무색투명한 폴리이미드 필름이 개발되고 있는데, 이 경우 기존 폴리이미드 수지보다 열팽창계수(CTE)가 높고, 내용제성이 저하되게 된다. 이에 따라 상기 무색투명한 폴리이미드를 기판용, 광학용 코팅 및 필름으로 사용할 경우, 높은 열팽창계수로 인해 휨이나 꼬임이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다. 이에 따라 전술한 용도로 사용될 경우, 폴리이미드 필름의 낮은 열팽창계수가 요구된다. 또한 디스플레이 소재로 적용되기 위해서는 우수한 광학적 특성 및 우수한 내열특성이 뒷받침되어야 한다.
결과적으로, 디스플레이 소재로 적용되기 위하여 유리기판과 같은 고투명성을 나타내면서도 내열성이 우수하고 낮은 열팽창계수를 가지는 투명 플라스틱 기판을 제조하기 위한 폴리아믹산(Polyamic acid) 조성물의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 특정 화학구조 및 반응기를 가진 모노머를 도입하면 광학 특성 및 열적 특성이 기존에 비하여 개선되는 점에 착안하였다.
구체적으로, 본 발명에서는 고투명성 폴리이미드 수지를 얻기 위해서는 강직한(Rigid) 화학구조를 가진 디안하이드라이드 모노머를 도입하는 것이 효과적인 방법이라는 점을 인식하여, 특정 화학구조의 디아민과 디안하이드라이드 모노머를 채택하고 이들의 함량을 특정 범위로 조절함으로써, 낮은 YI(Yellow Index), 높은 광투과도 및 높은 유리전이온도(Tg) 등을 동시에 구현할 수 있는 투명 폴리아믹산 조성물을 제조하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 LCD 및 OLED의 플렉시블(Flexible) 디스플레이용 플라스틱(Plastic) 투명 기판, TFT 기판, 플렉서블 인쇄회로기판, 플렉서블(Flexible) OLED 면조명 기판, 전자 종이용 기판소재 등에 적용 가능한 투명 폴리아믹산 조성물 및 이로부터 제조된 투명 폴리이미드 필름을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, (a) 디아민; (b) 불소화 제1디안하이드라이드와 지환족 제2디안하이드라이드를 함유하는 디안하이드라이드; 및 (c) 유기용매를 포함하며, 상기 지환족 제2디안하이드라이드는 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 10 내지 80 몰% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 지환족 제2디안하이드라이드는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, Cy는 탄소수 4 내지 20의 4가의 탄화수소 고리기이며, 상기 탄화수소 고리기는 불소로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
본 발명에서, 상기 지환족 제2디안하이드라이드는 사이클로부탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CBDA), 1,2,3,4-사이클로펜탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CPDA), 및 비사이클로[2,2,2]-7-옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산 디안하이드라이드(BCDA)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서, 상기 불소화 제1디안하이드라이드의 함량은 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 20 내지 90 몰%일 수 있다.
본 발명에서, 상기 디안하이드라이드는 비불소화 제3디안하이드라이드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 디아민은 불소화 제1디아민; 및 설폰계 제2디아민으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 불소화 제1디아민의 함량은 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 50 내지 100 몰% 범위일 수 있으며, 상기 설폰계 제2디아민의 함량은 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 0 내지 50 몰% 범위일 수 있다.
본 발명에서, 상기 디아민(a)과 상기 디안하이드라이드(b)의 몰수의 비(a/b)는 0.7 내지 1.3 범위일 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 폴리아믹산 조성물을 이미드화하여 제조된 투명 폴리이미드 수지 필름을 제공한다.
본 발명에서, 상기 투명 폴리이미드 수지 필름은 유리전이온도(Tg)가 350 내지 390℃ 범위일 수 있다.
본 발명에서, 상기 투명 폴리이미드 수지 필름은 파장 550nm의 광선 투과율이 90% 이상이며, ASTM E313 규격에 의한 황색도가 3 이하이며, 하기 식으로 산출되는 두께 방향의 위상차(Rth)가 두께 10㎛당 90nm 내지 100nm 일 수 있다.
위상차 Rth (nm) = [(ny-nz)*d+(nx-nz)*d]/2
여기서, nx는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 x 방향의 굴절율이고; ny는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 y 방향 굴절율이며; nz는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 z 방향의 굴절율이고; d는 폴리이미드 필름의 두께이다.
본 발명에서, 상기 투명 폴리이미드 수지 필름은 플렉서블 디스플레이용 기판 및 보호막으로 사용될 수 있다.
본 발명에서는 특정 구조의 디아민 및 디안하이드라이드 모노머를 채택하고 이들의 조성을 조절함으로써, 높은 유리전이온도(Tg), 낮은 황색도, 높은 광투과도 등을 동시에 갖는 폴리아믹산 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에서는 높은 광투과도 및 높은 유리전이 온도를 갖는 상기 폴리아믹산 조성물을 기판으로 적용함으로써, 우수한 물성과 제품 신뢰성을 발휘하는 플렉시블 디스플레이 기판을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 이는 예시로써 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<폴리아믹산 조성물>
본 발명의 폴리아믹산 조성물은 투명 폴리이미드 수지 필름을 제조하기 위한 것으로, (a) 디아민; (b) 불소화 제1디안하이드라이드와 지환족 제2디안하이드라이드를 함유하는 디안하이드라이드; 및 (c) 유기용매를 포함하며, 이때 지환족 제2디안하이드라이드를 특정 함량으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 지환족 제2디안하이드라이드는 화학구조가 강직(Rigid)한 물질이므로, 열이나 빛에 의해 분해되지 않고 안정적이다. 따라서, 이를 포함하는 폴리아믹산 조성물의 광학 특성 및 열적 특성을 유의적으로 개선할 수 있다.
또한 본 발명에서는 히드록시(-OH)나 설폰기(-SO2-)가 도입되는 디안하이드라이드 또는 디아민 모노머를 추가로 적용함으로써, 우수한 접착력 특성 및 광학적 특성을 발휘할 수 있다.
본 발명의 투명 폴리아믹산 제조에 사용되는 디아민 단량체(a)는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로 불소 치환기가 도입된 디아민 단량체를 사용할 수 있다. 바람직하게는 불소화 제1디아민, 설폰계 제2디아민 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이다.
사용 가능한 디아민 단량체(a)의 비제한적인 예로는, 옥시디아닐린(ODA), 2,2'-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(2,2'-TFDB), 2,2'-비스(트리플루오로 메틸)-4,3'- 디아미노비페닐 (2,2'-Bis(trifluoromethyl) -4,3'-Diaminobiphenyl), 2,2'-비스 (트리플루오로 메틸)-5,5'-디아미노비페닐 (2,2'-Bis(trifluoromethyl) -5,5'-Diaminobiphenyl), 비스 아미노하이드록시 페닐 헥사플르오로프로판(DBOH), 비스 아미노 페녹시 페닐 헥사플루오로프로판(4BDAF), 비스 아미노 페녹시 페닐프로판(6HMDA), 비스 아미노페녹시 디페닐술폰(DBSDA), 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS), 비스(3-아미노페닐)설폰(3,3'-DDS), 술포닐디프탈릭안하이드라이드(SO2DPA), 비스(카르복시페닐) 디메틸실란, 또는 이들의 1종 또는 2종 이상이 혼합된 형태 등이 적용 가능하다.
본 발명의 디아민 단량체(a)에서, 상기 불소화 제1디아민과 설폰계 제2디아민은 각각 화합물 내 불소화 구조와 설폰계를 포함하는 디아민 모노머라면 특별히 한정되지 않는다. 이때 높은 유리전이온도와 광학 특성 구현을 위해서, 플렉서블한 구조를 가진 모노머를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
고투명성, 높은 유리전이온도, 및 낮은 황색도를 고려할 때, 상기 불소화 제1디아민은 직선형의 고분자화를 유도할 수 있는 2,2'-비스(트리플루오로 메틸)-4,4'-디아미노비페닐 (2,2'-TFDB)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 설폰계 제2디아민은 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 불소화 제1디아민의 사용량은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 50 내지 100 몰%일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 90 몰% 범위일 수 있다.
또한 본 발명에서, 상기 설폰계 제2디아민의 사용량은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 하여 0 내지 50몰% 범위일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 45 몰% 범위일 수 있다.
본 발명의 투명 폴리아믹산 제조에 사용되는 디안하이드라이드(b) 단량체는 당 분야에 알려진 불소화 제1디안하이드라이드와 지환족 제2디안하이드라이드를 사용할 수 있다.
상기 불소화 제1디안하이드라이드 단량체는 불소 치환기가 도입된 방향족 디안하이드라이드라면, 특별히 한정하지 않는다.
사용 가능한 불소화 제1디안하드라이드의 일례를 들면, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydrid, 6-FDA), 4-(트리플루오로메틸)피로멜리틱 디안하이드라이드 (4-(trifluoromethyl)pyromellitic dianhydride, 4-TFPMDA) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
불소화 디안하이드라이드 중 6-FDA는 분자 사슬 간 및 분자 사슬 내 전하이동착물 (CTC: Change transfer complex)의 형성을 제한하는 특성이 매우 커서 투명화하는데 매우 적절한 화합물이다. 따라서, 상기 불소화 제1안하이드라이드로는 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydrid, 6-FDA)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 불소화 제1디안하이드라이드의 사용량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 20 내지 90 몰%이며, 바람직하게는 30 내지 80 몰% 범위일 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 지환족(alicyclic) 제2디안하이드라이드는 화합물 내 방향족고리가 아닌 지환족 고리를 가지면서 산이무수물 구조를 갖는 화합물이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 지환족 제2디안하이드라이드는 하기 화학식 1로 표시되는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
Cy는 탄소수 4 내지 20의 4가의 탄화수소 고리기이며, 상기 탄화수소 고리기는 불소로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 Cy는
Figure pat00003
,
Figure pat00004
, 및
Figure pat00005
로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 지환족 제2디안하이드라이의 일례를 들면, 사이클로부탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CBDA), 1,2,3,4-사이클로펜탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CPDA), 비사이클로[2,2,2]-7-옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산 디안하이드라이드(BCDA), 또는 이들의 1종 이상의 혼합물 등이 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에서, 상기 지환족 제2디안하이드라이드의 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 하여 10 내지 80 몰% 범위일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 70 몰% 범위일 수 있다.
본 발명에서는 디안하이드라이드 성분으로, 불소 치환기가 도입되지 않은 비(非)불소화 방향족 제3디안하이드라이드를 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 비불소화 제3디안하이드라이드 단량체의 비제한적인 예로는 피로멜리틱 디안하이드라이드 (Pyromellitic Dianhydride, PMDA), 3,3′,4,4′-비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드 (3,3′,4,4′-Biphenyl tetracarboxylic acid dianhydride, BPDA) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나, 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 비불소화 제3디안하이드라이드의 사용량은 특별히 제한되지 않으나, 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 하여 5~50 몰% 범위일 수 있으며, 바람직하게는 5~40 몰% 범위일 수 있다.
본 발명의 투명 폴리아믹산 조성물에 있어서, 상기 디아민 성분(a)의 몰수와 상기 디안하이드라이드 성분(b)의 몰수의 비(A/B)는 0.7~1.3 일 수 있으며, 바람직하게는 0.8 내지 1.2이며, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1 범위일 수 있다.
본 발명의 폴리아믹산 조성물에 포함되어 전술한 단량체들의 용액 중합반응을 위한 용매 (c)는 당 분야에 공지된 유기용매를 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 용매의 일례를 들면, m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트, 및 디메틸 프탈레이트(DMP) 중에서 선택된 하나 이상의 극성용매를 사용할 수 있다. 이외에도, 테트라하이드로퓨란(THF), 클로로포름과 같은 저비점 용액 또는 γ-부티로락톤과 같은 저흡수성 용매를 사용할 수 있다.
상기 용매의 함량에 대해서 특별히 한정되어 있지는 않으나, 적절한 폴리아믹산 용액의 분자량과 점도를 얻기 위하여 중합용 용매(제1 용매)의 함량은 전체 폴리아믹산 조성물 중량을 기준으로 하여 50 ~ 95 중량% 범위일 수 있고, 바람직하게는 70 ~ 90 중량% 범위이며, 더욱 바람직하게는 75~85 중량% 범위이다.
본 발명에서는, 전술한 성분의 디안하이드라이드와 디아민을 상기 유기용매에 투입한 후 반응시켜 폴리아믹산 조성물을 제조한다. 일례로, 불소계 제1디아민, 설폰계 제2디아민, 불소계 제1디안하이드라이드, 및 지환족 제2디안하이드라이드 등의 성분을 유리전이온도 및 황색도 개선을 위해 디아민(a)과 디안하이드라이드(b)을 대략 1:1의 당량비로 하여 투명 폴리아믹산 조성물을 형성하는 것일 수 있다.
상기 폴리아믹산 조성물의 조성은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 폴리아믹산 조성물 전체 중량 100 중량%을 기준으로, 산이무수물 2.5 내지 25.0 중량%, 디아민 2.5 내지 25.0 중량%, 및 조성물 100 중량%를 만족시키는 잔량의 유기용매를 포함하여 구성될 수 있다. 한편 본 발명에 따른 폴리아믹산 조성물의 조성에서, 고형분 100 중량%을 기준으로 할 때, 산이무수물 30 내지 70 중량%, 및 디아민 30 내지 70 중량% 범위일 수 있다. 그러나, 이에 특별히 제한되지 않는다.
이러한 본 발명의 투명 폴리아믹산 조성물은 약 1,000 내지 50,000 cps, 바람직하게는 약 3,000 내지 15,000 cps 범위의 점도를 가질 수 있다. 폴리아믹산 용액의 점도가 전술한 범위에 해당되는 경우, 폴리아믹산 용액 코팅 시 두께 조절이 용이하며, 코팅 표면이 균일하게 발휘될 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리아믹산 용액은 필요에 따라 본 발명의 목적과 효과를 현저히 손상시키지 않는 범위 내에서 가소제, 산화방지제, 난연화제, 분산제, 점도 조절제, 레벨링제 등의 첨가제를 소량 포함할 수 있다.
본 발명의 폴리아믹산 용액은 불소화 제1디안하이드라이드; 지환족 제2디안하이드라이드와 디아민, 필요한 경우 비불소화 제3디안하이드라이드를 유기 용매에 투입한 후 반응시켜 제조될 수 있다.
이때 반응 조건은 특별히 한정되지 않으며, 반응 온도는 -20~80℃가 바람직하고, 중합시간은 1 내지 48시간, 바람직하게는 2 내지 12시간 범위일 수 있다. 또한 아르곤이나 질소 등의 불활성 분위기 하에서 반응하는 것이 보다 바람직하다. 전술한 투명 폴리아믹산 용액을 발열 용액 중합반응하여 투명 폴리아믹산 수지가 합성될 수 있다.
<폴리이미드 수지 필름>
본 발명은 상기에서 설명한 폴리아믹산 용액을 고온에서 이미드화 및 열처리하여 제조된 폴리이미드 수지 필름을 제공한다.
상기 폴리이미드 수지는 이미드(imide) 고리를 함유하는 고분자 물질로서, 내열성, 내화학성, 내마모성 및 전기적 특성이 우수하다. 이때 상기 폴리이미드 수지는 랜덤 공중합체(random copolymer)나 블록 공중합체(block copolymer) 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이미드 수지는 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
상기 화학식 2 또는 3에서,
Cy는 탄소수 4 내지 20의 4가의 탄화수소 고리기이며, 상기 탄화수소 고리기는 불소로 치환되거나 또는 비치환될 수 있으며,
Y는 디아민으로부터 유도된 탄소수 6 내지 40의 2가의 유기기로서, 지방족기, 단환식 지방족기, 단환식 방향족기, 축합 다환식 방향족기 또는 방향족기가 직접 또는 가교원에 의해 서로 연결된 비축합 다환식 방향족기이다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, 상기 반복단위에서 Cy는
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, 및
Figure pat00010
로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
또한 상기 반복단위의 Y는
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
, 및
Figure pat00015
로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 Y의 구체예에서,
R1 내지 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 불소로 치환되거나 비치환된 C1~C6 알킬기이며, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 히드록시기이다.
한편 폴리이미드 수지 필름이 플렉서블 디스플레이 등에 적용하기 위해서는 기본적으로 고투명성, 낮은 열팽창계수, 높은 유리전이온도 등의 특징을 가져야 한다. 보다 구체적으로, 막 두께 10㎛에서 400nm의 광투과율이 75% 이상이고, 550nm의 광투과율이 90% 이상이며, 550nm의 황색도 값이 3 이하, 유리전이온도(Tg)가 300℃ 이상 등이 요구된다.
실제로, 전술한 폴리아믹산 조성물을 이미드화하여 제조된 본 발명의 폴리이미드 수지 필름은 반복 단위 내에 강직한(Rigid) 화학구조를 가짐에 따라 고투명성을 나타내면서도 낮은 황색도, 열팽창계수, 높은 유리전이온도(Tg)를 가진다. 보다 구체적으로, (i) 유리전이온도(Tg)는 350℃ 이상, 바람직하게는 350 내지 390℃ 범위이며, (ii) 막 두께 10㎛에서 550nm의 광선 투과율이 90% 이상이며, (iii) ASTM E313 규격에 의해 550nm에서의 황색도(Y.I, Yellow Index)가 3 이하 (두께 10㎛)이며, (iv) 하기 식으로 산출되는 두께 방향의 복굴절 위상차 (Rth)가 두께 10㎛당 100nm 이하, 바람직하게는 90nm 내지 100nm 범위를 각각 나타낼 수 있다.
위상차 Rth (nm) = [(ny-nz)*d+(nx-nz)*d]/2
여기서, nx는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 x 방향의 굴절율이고; ny는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 y 방향 굴절율이며; nz는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 z 방향의 굴절율이고; d는 폴리이미드 필름의 두께이다.
본 발명에 따른 폴리이미드 수지 필름은 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있으며, 일례로 상기 투명 폴리아믹산 조성물을 유리기판에 코팅(캐스팅)한 후 30~350℃의 범위에서 온도를 서서히 승온시키면서 0.5 ~ 8시간 동안 이미드 폐환반응 (Imidazation)을 유도시켜 제조될 수 있다.
이때, 상기 코팅방법은 당 업계에 알려진 통상적인 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 스핀코팅(Spin coating), 딥 코팅(Dip coating), 용매 캐스팅(Solvent casting), 슬롯다이 코팅(Slot die coating) 및 스프레이 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 상기 무색투명한 폴리이미드 층의 두께는 수 백 nm에서 수십 ㎛가 되도록 투명 폴리아믹산 조성물을 1회 이상 코팅할 수 있다.
이와 같이 투명 폴리이미드 필름은 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 고투명성 및 내열성이 요구되는 유기 EL 소자(OLED)용 디스플레이, 액정 소자용 디스플레이, TFT 기판, 플렉서블 인쇄회로기판, 플렉서블(Flexible) OLED 면조명 기판, 전자 종이용 기판소재와 같은 플렉서블(Flexible) 디스플레이용 기판 및 보호막으로 활용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
보다 구체적으로, 100ml 3구 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 58.504g (85.0 wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g (4.3 wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g (2.3 wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 사이클로부탄테트라카르복실릭디안하이드라이드(CBDA)를 각각 순차적으로 4.855g (7.1 wt%), 0.919g (1.3 wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 65 poise(6500 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
상기 투명 폴리아믹산 용액을 LCD용 유리에 스핀 코팅한 후 질소 분위기의 컨벡션 오븐에서 80℃에서 30분, 150℃에서 30분, 200℃에서 1시간, 300℃에서 1시간으로 단계적으로 서서히 승온시키면서 건조 및 이미드 폐환반응(Imidazation)을 진행하였다. 이로써, 이미드화율이 85% 이상인 막 두께 10㎛의 투명 폴리이미드 필름을 제조하였다. 이후 불산으로 유리를 에칭하여 폴리이미드 필름을 취하였다.
[실시예 2]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 54.114g(85.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(4.7wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g(2.4wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 사이클로부탄테트라카르복실릭디안하이드라이드(CBDA)를 각각 순차적으로 3.468g(5.5wt%), 1.531g(2.4wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 80 poise(8000 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
무색투명한 폴리이미드 필름제작 과정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
[실시예 3]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 44.833g(85.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(5.7wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 0.582g(1.1wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 사이클로부탄테트라카르복실릭디안하이드라이드(CBDA)를 각각 순차적으로 3.641g(6.9wt%), 0.689g(1.3wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 56 poise(5600 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
무색투명한 폴리이미드 필름제작 과정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
[실시예 4]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 42.273g (85.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g (4.2wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g (2.2wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 비사이클로[2,2,2]-7-옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산 디안하이드라이드(BCDA)를 각각 순차적으로 4.855g (6.9wt%), 1.163g (1.7wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 47 poise(4700 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
무색투명한 폴리이미드 필름제작 과정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
[실시예 5]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 41.560g(85.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(4.3wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g(2.2wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 1,2,3,4-사이클로펜탄테트라카르복실릭디안하이드라이드(CPDA)를 각각 순차적으로 4.855g(7.0wt%), 0.984g(1.5wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 50 poise(5000 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
무색투명한 폴리이미드 필름제작 과정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하였다.
[비교예 1]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
실시예 1과 동일한 조건 하에서, 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 53.180g(84.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(4.7wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g(2.4wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA)를 각각 순차적으로 4.855g(7.6wt%), 1.022g(1.3wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 43 poise(4300 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
상기 폴리아믹산 용액을 LCD용 유리에 스핀 코팅한 후 질소 분위기의 컨벡션 오븐에서 80℃에서 30분, 150℃에서 30분, 200℃에서 1시간, 300℃에서 1시간으로 단계적으로 서서히 승온시키면서 건조 및 이미드 폐환반응(Imidazation)을 진행하였다. 이로써, 이미드화율이 85% 이상인 막 두께 10㎛의 투명 폴리이미드 필름을 제조하였다. 이후 불산으로 유리를 에칭하여 폴리이미드 필름을 취하였다.
[비교예 2]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 58.581g(84.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(4.3wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g(2.2wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA)를 6.936g(9.5wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 20 poise(2000 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
상기 폴리아믹산 용액을 LCD용 유리에 스핀 코팅한 후 질소 분위기의 컨벡션 오븐에서 80℃에서 30분, 150℃에서 30분, 200℃에서 1시간, 300℃에서 1시간으로 단계적으로 서서히 승온시키면서 건조 및 이미드 폐환반응(Imidazation)을 진행하였다. 이로써, 이미드화율이 85% 이상인 막 두께 10㎛의 투명 폴리이미드 필름을 제조하였다. 이후 불산으로 유리를 에칭하여 폴리이미드 필름을 취하였다.
[비교예 3]
1. 투명 폴리아믹산 조성물의 제조
상기 실시예 1에서 언급한 것과 동일한 조건으로 둥근바닥 플라스크에 N,N-디메틸아세타아미드(DMAc) 40.744g (84.0wt%)을 채운 후, 반응기의 온도를 50℃로 승온하여, 2,2'-비스(트리플루오르메틸)-4,4'- 디아미노바이페닐(2,2'-TFDB) 3g(6.2wt%)을 가하고, 30분 후, 비스(4-아미노페닐)설폰(4,4'-DDS) 1.551g(1.2wt%)을 가하였다. 이후, 1시간 동안 해당 모노머를 교반하여 2,2'-TFDB 및 4,4'-DDS를 완전히 용해시켰다. 그 후, 2,2-비스 (3,4- 디카르복시페닐) 헥사플루오로프로판 디안하이드라이드 (2,2-bis(3,4- dicarboxyphenyl)Hexa fluoropropane dianhydride, 6-FDA) 및 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA)를 각각 순차적으로 3.641g(7.5wt%), 0.766g(1.1wt%) 가한 후, 30℃로 냉각하여 용해시켰다. 이때의 고형분은 15%였으며, 이후 3시간 교반하였다. 모노머의 반응이 완료된 후, 자연 냉각하여 25℃에서의 용액점도 43.2 poise(4320 CPs)의 투명 폴리아믹산 조성물을 얻었다.
2. 투명 폴리이미드 필름의 제조
상기 폴리아믹산 용액을 LCD용 유리에 스핀 코팅한 후 질소 분위기의 컨벡션 오븐에서 80℃에서 30분, 150℃에서 30분, 200℃에서 1시간, 300℃에서 1시간으로 단계적으로 서서히 승온시키면서 건조 및 이미드 폐환반응(Imidazation)을 진행하였다. 이로써, 이미드화율이 85% 이상인 막 두께 10㎛의 투명 폴리이미드 필름을 제조하였다. 이후 불산으로 유리를 에칭하여 폴리이미드 필름을 취하였다.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~3에서 제조된 폴리아믹산 조성물의 조성은 하기 표 1과 같다.
디아민 디안하이드라이드
제1모노머 제2모노머 제1모노머 제2모노머
실시예1 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (70) CBDA (30)
실시예2 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (50) CBDA (50)
실시예3 TFDB (80) 4,4'-DDS (20) 6FDA (70) CBDA (30)
실시예4 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (70) BCDA (30)
실시예5 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (70) CPDA (30)
비교예1 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (70) PMDA (30)
비교예2 TFDB (60) 4,4'-DDS (40) 6FDA (100) -
비교예3 TFDB (80) 4,4'-DDS (20) 6FDA (70) PMDA (30)
[물성 평가]
실시예 1~5와 비교예 1~3에서 제조된 투명 폴리이미드 수지 필름의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<물성평가 방법>
1) 광투과도 측정
400nm와 550nm 파장에서 UV-Vis NIR Spectrophotometer를 이용하여 ASTM E313-73의 규격인 C광원과 시야각 2도에서 측정하였다.
2) 복굴절 측정
복굴절 측정장비(Retarder, 오츠카 RETs-100)를 사용하여 측정하였다. 샘플크기는 가로 세로 각각 5㎝ 정사각형 형태로 시편을 샘플홀더에 장착하고 모노크로미터를 이용하여 550nm으로 고정하였으며, 두께방향 복굴절(Rth)은 입사각을 45˚에서 측정하였다.
Rth = [(ny-nz)*d+(nx-nz)*d]/2
여기서, nx는 x 방향으로의 굴절율이고, ny는 y 방향으로의 굴절율이며, nz는 z 방향으로의 굴절율이고, d는 폴리이미드 필름의 두께를 10㎛로 환산하여 계산한 값이다.
3) 황색도 측정
UV 분광계 (코티카 미놀타 CM-3700d)를 이용하여 550nm에서의 황색도를 ASTM E313 규격으로 측정하였다.
4) 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)
시차 주사열량계(DSC, TA Instrument사, Q200)를 이용하여 유리전이 온도를 측정하였다.
5) 두께 측정
실리콘 웨이퍼에 투명 폴리아믹산 수지를 막 두께 20㎛ 이하로 코팅한 후 건조 및 이미드 폐환 반응을 진행하였으며, 550nm 파장에서 비접촉식 굴절율 측정 장비 (Ellipso technology의 Elli-RP)를 이용하여 필름의 두께를 측정하였다.
6) 접착력 측정 (ASTM D3002/D3359)
유리 기판 위에 투명 폴리아믹산 수지를 막 두께 20㎛ 이하로 코팅한 후 건조 및 이미드 폐환 반응을 진행하였으며, 형성된 폴리이미드 박막 표면을 칼로 커팅하고, 커팅된 표면 위에 접착력 측정용 테이프를 붙였다가 떼어낸 후, 폴리이미드 접착면의 박리 상태를 확인하였다.
이때, 5B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 0%, 4B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 5% 이하, 3B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 5~15%, 2B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 15~35%, 1B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 35~65%, 0B는 박리된 폴리이미드의 백분율이 65% 초과인 경우를 각각 나타낸다.
두께(㎛) 평균투과도(%) 두께
복굴절
(R th , nm) 		황색도 유리전이
온도(℃)
접착력
400nm 550nm
실시예 1 9.8 82.1 90.5 91 2.6 371 5B
실시예 2 10.1 84.3 90.1 98 2.9 389 5B
실시예 3 10.3 83.2 90.3 96 2.8 369 5B
실시예 4 9.9 84.3 90.2 92 2.4 357 5B
실시예 5 10.0 83.9 90.1 93 2.5 355 5B
비교예 1 10.5 77.8 89.7 137 3.5 290 3B
비교예 2 10.3 79.8 89.9 101 3.1 250 0B
비교예 3 9.7 76.9 89.5 140 3.7 298 3B
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 무색투명한 폴리이미드 필름은 특성값은 지환족 디안하이드라이드인 CBDA의 첨가량이 증가할수록 유리전이 온도(Tg)가 상승하는 결과를 보여, CBDA에 의한 유리전이온도 상승 효과를 확인할 수 있었다.
또한 플렉서블 디스플레이 소재 및 기판으로 적용되기 위해서는 550nm 조건에서의 투과도가 90% 이상이고, 두께 복굴절이 100nm 이하이며, 황색도 결과가 3 이하인 조건을 충족하여야 한다. 상기 표 1의 결과에 따르면 전술한 조건을 모두 충족하는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 기판의 유리전이온도(Tg)가 300℃~400℃ 범위인 조건을 충족하여야 하는데, 본 발명에서는 유리전이온도(Tg)가 350℃~390℃의 범위를 나타냄에 따라 플렉서블 디스플레이 소재로 적용할 수 있는 조건을 만족하는 것으로 확인할 수 있다.
전술한 결과를 바탕으로 본 발명의 폴리아믹산 조성물은 플렉서블 디스플레이(Flexible Display)용 기판 및 보호막으로의 적용 가능성을 검토할 수 있음을 확인하였다.

Claims (16)

  1. (a) 디아민;
    (b) 불소화 제1디안하이드라이드와 지환족 제2디안하이드라이드를 함유하는 디안하이드라이드; 및
    (c) 유기용매를 포함하며,
    상기 지환족 제2디안하이드라이드는 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 10 내지 80 몰% 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지환족 제2디안하이드라이드는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00016

    상기 화학식 1에서,
    Cy는 탄소수 4 내지 20의 4가의 탄화수소 고리기이며, 상기 탄화수소 고리기는 불소로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 Cy는
    Figure pat00017
    ,
    Figure pat00018
    , 및
    Figure pat00019
    로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지환족 제2디안하이드라이드는 사이클로부탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CBDA), 1,2,3,4-사이클로펜탄 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(CPDA), 및 비사이클로[2,2,2]-7-옥텐-2,3,5,6-테트라카르복실산 디안하이드라이드(BCDA)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불소화 제1디안하이드라이드의 함량은 전체 디안하이드라이드 100 몰%를 기준으로 20 내지 90 몰%인 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디안하이드라이드는 비불소화 제3디안하이드라이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디아민은 불소화 제1디아민; 및 설폰계 제2디아민으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불소화 제1디아민의 함량은 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 50 내지 100 몰%인 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 설폰계 제2디아민의 함량은 전체 디아민 100 몰%를 기준으로 0 내지 50 몰%인 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디아민(a)과 상기 디안하이드라이드(b)의 몰수의 비(a/b)는 0.7 내지 1.3 범위인 것을 특징으로 하는 폴리아믹산 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 폴리아믹산 조성물을 이미드화하여 제조된 투명 폴리이미드 수지 필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리이미드 수지는 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 폴리이미드 수지 필름.
    [화학식 2]
    Figure pat00020

    [화학식 3]
    Figure pat00021

    상기 화학식 2 또는 3에서,
    Cy는 탄소수 4 내지 20의 4가의 탄화수소 고리기이며, 상기 탄화수소 고리기는 불소로 치환되거나 또는 비치환될 수 있으며,
    Y는 디아민으로부터 유도된 탄소수 6 내지 40의 2가의 유기기로서, 지방족기, 단환식 지방족기, 단환식 방향족기, 축합 다환식 방향족기 또는 방향족기가 직접 또는 가교원에 의해 서로 연결된 비축합 다환식 방향족기이다.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반복단위의 Y는
    Figure pat00022
    ,
    Figure pat00023
    ,
    Figure pat00024
    ,
    Figure pat00025
    , 및
    Figure pat00026
    로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 폴리이미드 수지 필름.
    (여기서, R1 내지 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 또는 불소로 치환되거나 비치환된 C1~C6 알킬기이며, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 히드록시기이다)
  14. 제11항에 있어서,
    유리전이온도(Tg)가 350 내지 390℃ 범위인 것을 특징으로 하는 투명 폴리이미드 수지 필름.
  15. 제11항에 있어서,
    파장 550nm의 광선 투과율이 90% 이상이며,
    ASTM E313 규격에 의한 황색도가 3 이하이며,
    하기 식으로 산출되는 두께 방향의 복굴절 위상차(Rth)가 두께 10㎛당 90nm 내지 100nm 인 것을 특징으로 하는 투명 폴리이미드 수지 필름.
    위상차 Rth (nm) = [(ny-nz)*d+(nx-nz)*d]/2
    (nx는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 x 방향의 굴절율이고; ny는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 y 방향 굴절율이며; nz는 파장 550nm의 광으로 측정되는 폴리이미드 수지 필름의 z 방향의 굴절율이고; d는 폴리이미드 필름의 두께이다)
  16. 제11항에 있어서,
    플렉서블 디스플레이용 기판 및 보호막으로 사용되는 것을 특징으로 하는 투명 폴리이미드 수지 필름.
KR1020150182872A 2015-12-21 2015-12-21 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름 Active KR102417428B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150182872A KR102417428B1 (ko) 2015-12-21 2015-12-21 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름
PCT/KR2016/012483 WO2017111289A1 (ko) 2015-12-21 2016-11-01 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름
CN201680074965.2A CN108431086B (zh) 2015-12-21 2016-11-01 使用脂环族单体的聚酰胺酸组合物及利用其的透明聚酰亚胺膜
JP2018551729A JP6688906B2 (ja) 2015-12-21 2016-11-01 脂環族モノマーが適用されたポリアミック酸組成物及びこれを用いた透明ポリイミドフィルム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150182872A KR102417428B1 (ko) 2015-12-21 2015-12-21 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170073977A true KR20170073977A (ko) 2017-06-29
KR102417428B1 KR102417428B1 (ko) 2022-07-06

Family

ID=59090738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150182872A Active KR102417428B1 (ko) 2015-12-21 2015-12-21 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6688906B2 (ko)
KR (1) KR102417428B1 (ko)
CN (1) CN108431086B (ko)
WO (1) WO2017111289A1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190068227A (ko) * 2017-12-08 2019-06-18 주식회사 두산 폴리아믹산 용액, 이를 이용한 투명 폴리이미드 수지 필름 및 투명 기판
KR20200066446A (ko) * 2018-11-30 2020-06-10 한국화학연구원 Bcda 기반의 부분-지환족 폴리이미드 기체분리막 소재 및 이의 제조방법
US20200255596A1 (en) * 2017-10-11 2020-08-13 Kaneka Corporation Polyimide resin and production method therefor, polyimide solution, and polyimide film and production method therefor
CN112708131A (zh) * 2019-10-24 2021-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种交替共聚聚酰胺酸溶液的制备方法
WO2021117961A1 (ko) * 2019-12-13 2021-06-17 주식회사 두산 우수한 내후성을 갖는 폴리이미드 필름
KR20220113155A (ko) * 2021-02-05 2022-08-12 주식회사 두산 우수한 광학 특성을 갖는 폴리이미드 필름
US11472922B2 (en) 2019-02-01 2022-10-18 Lg Chem, Ltd. Polyimide film, flexible substrate using same, and flexible display comprising flexible substrate

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190092913A1 (en) * 2016-03-03 2019-03-28 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Polyimide film, method for producing polyimide film, and polyimide precursor resin composition
TW201920364A (zh) * 2017-08-11 2019-06-01 美商杜邦股份有限公司 用於電子裝置中之可撓性基板之低色度聚合物
JP7039947B2 (ja) * 2017-11-17 2022-03-23 大日本印刷株式会社 ポリイミドフィルム、ポリイミド前駆体、ポリイミドフィルムの製造方法、及び表示装置用部材
KR102036227B1 (ko) * 2018-01-31 2019-10-24 에스케이씨 주식회사 폴리아마이드-이미드 필름 및 이의 제조방법
JP7298141B2 (ja) * 2018-11-30 2023-06-27 株式会社リコー 硬化型組成物、組成物収容容器、２次元又は３次元の像の形成方法及び形成装置、硬化物、構造体、並びに成形加工品
US20210079182A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 Dupont Electronics, Inc. Polyimide films and electronic devices
CN113072702B (zh) * 2021-03-31 2023-03-10 上海大学(浙江·嘉兴)新兴产业研究院 一种无色透明共聚聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN113698594B (zh) * 2021-09-08 2023-08-04 湖南工业大学 一种聚酰胺树脂及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120078510A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 코오롱인더스트리 주식회사 투명 폴리이미드 필름 및 그 제조방법
KR20130110589A (ko) * 2012-03-29 2013-10-10 코오롱인더스트리 주식회사 폴리이미드 필름
KR20140032883A (ko) * 2012-09-07 2014-03-17 주식회사 엘지화학 광배향성 폴리이미드계 공중합체 및 액정 배향막
KR102009006B1 (ko) * 2019-03-20 2019-10-21 주식회사 퍼팩트 수밀성 및 안정성을 향상시킨 상하수도관 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 상하수도관

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101225826B1 (ko) * 2007-08-20 2013-01-23 코오롱인더스트리 주식회사 무색투명한 폴리이미드 필름
TWI435902B (zh) * 2007-08-20 2014-05-01 Kolon Inc 聚亞醯胺膜
KR100913605B1 (ko) * 2007-12-07 2009-08-26 제일모직주식회사 액정 광배향제, 이를 포함하는 액정 광배향막, 및 이를포함하는 액정 표시 장치
KR101248671B1 (ko) * 2008-09-23 2013-03-28 코오롱인더스트리 주식회사 투명전극
JP6422432B2 (ja) * 2012-05-11 2018-11-14 アクロン ポリマー システムズ，インコーポレイテッド 熱的に安定な電子デバイス用フレキシブル基板
US9791745B2 (en) * 2012-09-07 2017-10-17 Lg Chem, Ltd. Photoalignment polyimide copolymer and liquid crystal alignment layer
KR101593267B1 (ko) * 2013-03-29 2016-02-11 코오롱인더스트리 주식회사 폴리이미드 수지 및 이를 이용한 폴리이미드 필름
WO2015122032A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 旭化成イーマテリアルズ株式会社 ポリイミド前駆体及びそれを含有する樹脂組成物
JP5888472B2 (ja) * 2014-02-21 2016-03-22 三菱化学株式会社 ポリイミド前駆体及び／又はポリイミドを含む組成物、並びにポリイミドフィルム
JP6236349B2 (ja) * 2014-05-07 2017-11-22 株式会社カネカ ポリイミドおよびその利用
JP2016204569A (ja) * 2015-04-27 2016-12-08 宇部興産株式会社 ポリアミック酸溶液組成物およびポリイミドフィルム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120078510A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 코오롱인더스트리 주식회사 투명 폴리이미드 필름 및 그 제조방법
KR20130110589A (ko) * 2012-03-29 2013-10-10 코오롱인더스트리 주식회사 폴리이미드 필름
KR20140032883A (ko) * 2012-09-07 2014-03-17 주식회사 엘지화학 광배향성 폴리이미드계 공중합체 및 액정 배향막
KR102009006B1 (ko) * 2019-03-20 2019-10-21 주식회사 퍼팩트 수밀성 및 안정성을 향상시킨 상하수도관 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 상하수도관

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200255596A1 (en) * 2017-10-11 2020-08-13 Kaneka Corporation Polyimide resin and production method therefor, polyimide solution, and polyimide film and production method therefor
KR20190068227A (ko) * 2017-12-08 2019-06-18 주식회사 두산 폴리아믹산 용액, 이를 이용한 투명 폴리이미드 수지 필름 및 투명 기판
KR20200066446A (ko) * 2018-11-30 2020-06-10 한국화학연구원 Bcda 기반의 부분-지환족 폴리이미드 기체분리막 소재 및 이의 제조방법
US11851559B2 (en) 2018-11-30 2023-12-26 Korea Research Institute Of Chemical Technology BCDA-based semi-alicyclic homo- or co-polyimide membrane materials for gas separation and the preparation method thereof
US11472922B2 (en) 2019-02-01 2022-10-18 Lg Chem, Ltd. Polyimide film, flexible substrate using same, and flexible display comprising flexible substrate
CN112708131A (zh) * 2019-10-24 2021-04-27 中国石油化工股份有限公司 一种交替共聚聚酰胺酸溶液的制备方法
WO2021117961A1 (ko) * 2019-12-13 2021-06-17 주식회사 두산 우수한 내후성을 갖는 폴리이미드 필름
KR20220113155A (ko) * 2021-02-05 2022-08-12 주식회사 두산 우수한 광학 특성을 갖는 폴리이미드 필름

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017111289A1 (ko) 2017-06-29
CN108431086B (zh) 2020-09-29
JP6688906B2 (ja) 2020-04-28
CN108431086A (zh) 2018-08-21
JP2019500487A (ja) 2019-01-10
KR102417428B1 (ko) 2022-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7163437B2 (ja) 接着力が向上したポリアミック酸組成物及びこれを含むポリイミドフィルム
KR102417428B1 (ko) 지환족 모노머가 적용된 폴리아믹산 조성물 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름
CN109897180B (zh) 聚酰胺酸溶液、利用其的透明聚酰亚胺树脂膜及透明基板
JP6899830B2 (ja) 新規な構造を有するジアミンモノマーを適用したポリアミック酸溶液及びこれを含むポリイミドフィルム
CN110099946B (zh) 透明聚酰亚胺膜
KR102465044B1 (ko) 신규 구조의 산이무수물 모노머를 적용한 폴리아믹산 용액 및 이를 포함하는 폴리이미드 필름
JP6257302B2 (ja) ポリイミド前駆体及びそれを含有する樹脂組成物、ポリイミドフィルム及びその製造方法、並びに、積層体及びその製造方法
KR20150077177A (ko) 폴리아믹산 용액, 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 수지 필름 및 투명 기판
CN113227207A (zh) 聚酰胺酸组合物及利用其的透明聚酰亚胺膜
KR101292993B1 (ko) 폴리이미드 수지와 이를 이용한 액정 배향막 및 필름
KR20160003606A (ko) 폴리아믹산 용액, 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 수지 필름 및 투명 기판
KR101475735B1 (ko) 투명 폴리아믹산 용액 및 이를 이용한 투명폴리이미드 필름, 프리프레그
CN113260676B (zh) 具有优异的耐候性的聚酰亚胺膜
JP2023513791A (ja) ポリイミド系樹脂フィルムおよびそれを用いたディスプレイ装置用基板、および光学装置
KR102733576B1 (ko) 폴리아믹산 조성물, 및 이를 이용한 투명 폴리이미드 필름
KR20210138351A (ko) 저반사율 폴리이미드 필름
JP7534429B2 (ja) 耐湿及び耐水特性を有するポリイミドフィルム
KR102485698B1 (ko) 우수한 광학 특성을 갖는 폴리이미드 필름
KR101488581B1 (ko) 폴리아믹산 용액 및 이를 포함하는 폴리이미드 필름

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20151221

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20201012

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20151221

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20211223

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220629

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220701

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220704

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration